EP1894448B1 - Vorrichtung und verfahren zum betreiben einer hochdruckentladungslampe - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum betreiben einer hochdruckentladungslampe Download PDF

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EP1894448B1
EP1894448B1 EP06724291A EP06724291A EP1894448B1 EP 1894448 B1 EP1894448 B1 EP 1894448B1 EP 06724291 A EP06724291 A EP 06724291A EP 06724291 A EP06724291 A EP 06724291A EP 1894448 B1 EP1894448 B1 EP 1894448B1
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EP
European Patent Office
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discharge lamp
pressure discharge
lamp
frequency
ignition
Prior art date
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EP06724291A
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English (en)
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EP1894448A1 (de
Inventor
Bernhard Siessegger
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Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Publication date
Application filed by Osram GmbH filed Critical Osram GmbH
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    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/288—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/2881—Load circuits; Control thereof
    • H—ELECTRICITY
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the invention relates to a device for operating a high-pressure discharge lamp provided with a starting auxiliary electrode according to the preamble of claim 1 and a method for operating such a high-pressure discharge lamp.
  • the series resonant circuit comprises an autotransformer whose first winding section serving as a primary winding forms the resonant inductance which is passed by the lamp current after the ignition phase of the high-pressure discharge lamp has ended, and whose second secondary winding winding section serves to connect the auxiliary starting electrode of the high-pressure discharge lamp during the ignition phase to the ignition of the gas discharge supplied in the high pressure discharge lamp required ignition voltage.
  • the discharge gap between the main electrodes of the high-pressure discharge lamp is conductive, so that the resonance capacity of the series resonant circuit is almost short-circuited by the conductive discharge plasma between the main electrodes of the high pressure discharge lamp, and the lamp current flows through the first winding portion of the sparging impeller.
  • high-frequency operation of the high-pressure discharge lamp which is required in particular for high-pressure discharge lamps forsuingschcinwerfer to prevent acoustic resonances in the discharge medium, causes the high-frequency lamp current in the first winding section of the autotransformer, which serves as a resonant inductance, a significant voltage drop and thus a large reactive power, the poor efficiency of the device result.
  • the same disadvantage has in the still unpublished German patent application with the official file number 10 2004 05600.2 described device in the embodiments according to the Figures 3 and 4 ,
  • the device described in the latter patent application also serves to operate a high-pressure discharge lamp provided with a starting auxiliary electrode with a current of alternating polarity, however, the ignition voltage required to ignite the gas discharge in the high-pressure discharge lamp is generated by means of a Impulszündvomchtung unlike the first-mentioned patent application.
  • the supply of the pulse ignition unit and a sufficiently high voltage between the two main electrodes of the high pressure discharge lamp for the ignition of the high pressure discharge lamp is by means of a Scrienresonanznikes according to the in Figures 3 and 4 allows described embodiments.
  • the resonance inductance of this series resonant circuit has the same disadvantage in operation of the lamp with a high-frequency lamp current as explained above for the first-mentioned patent application.
  • the EP 0 477 621 A1 discloses an operating device for a discharge lamp which generates high-voltage pulses for igniting the gas discharge in the discharge lamp and superimposes the resonance-increased voltage of a resonant circuit.
  • the device according to the invention for operating a high-pressure discharge lamp provided with a starting auxiliary electrode with a current of alternating polarity comprises a series resonant circuit with a resonant inductance flowing through the lamp current during lamp operation and an ignition device for applying the ignition auxiliary electrode with the ignition voltage required to ignite the gas discharge in the high-pressure discharge lamp, wherein a capacitive Component is provided, which is connected in series with the resonance inductance and dimensioned such that the capacitive component causes at least a partial compensation of the inductance of the resonant inductance flowing through the lamp current after ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp.
  • the capacitance of the abovementioned capacitive component is matched to the inductance value of the resonance inductance and to the frequency of the lamp current such that the inductance of the resonant inductance through which the lamp current flows is at least partially compensated by the capacitive component.
  • the reactive power caused by the lamp current is reduced in the resonance inductance and in the capacitive component connected in series, and the efficiency of the device is increased.
  • the resonance frequency of the series resonant circuit is greater than 300 kHz, in particular greater than 600 kHz, in order to avoid excitation of acoustic resonances in the discharge medium of the high-pressure discharge lamp during lamp operation.
  • 300 kHz can therefore be considered a limit.
  • D-lamps this limit results in 600 to 800 kHz, as determined by their own measurements.
  • the capacitance of the capacitive component is advantageously in the range from -12 pF to 470pF, in order to ensure a sufficient compensation of the inductance of the resonance inductance at a lamp current whose frequency is in the range of a few hundred kilohertz to several megahertz, and on the other hand a strong overcompensation and thus to avoid a load on the feeding AC voltage source with inductive reactive power.
  • the considered high pressure discharge lamps are AC lamps.
  • a direct current flow through such lamps leads to heavy stress on the electrodes and, consequently, to a greatly shortened service life.
  • direct current may cause segregation of the various filling components during operation of the high pressure gas discharge lamp along the discharge vessel, resulting in poor optical properties.
  • the capacitive component connected in series with the lamp according to the invention which primarily has the purpose of compensating the inductance of the resonance inductance, a direct current flow through the lamp is reliably prevented.
  • the device according to the invention advantageously comprises at least one voltage converter in order to enable regulation of the lamp current or the lamp power.
  • the ignition device is either designed as a pulse ignition device or comprises an inductive component which is coupled to the resonance inductance of the series resonant circuit to a sufficiently high voltage between the two main electrodes of the resonant inductance in the first case by the resonance
  • the resonance-increased voltage of the resonance inductance amplified by the Windungsiere tile of inductive component and resonance inductance, to pass directly to the auxiliary ignition electrode.
  • the resonance-increased voltage of the resonance inductance can also be passed on as a supply voltage to the pulse ignition device.
  • the inventive method for operating a high-pressure discharge lamp provided with a Zündangeselektrode with a current of alternating polarity includes the operation of the high-pressure discharge lamp by means of a series resonant circuit whose resonant inductance is traversed by the lamp current after ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp, and at least during the ignition phase of the high-pressure discharge lamp a resonance Providing voltage to the main electrodes of the high-pressure discharge lamp, wherein after the ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp, the inductance of the resonant inductance of the series resonant circuits through which the lamp current flows is at least partially compensated by means of a capacitive component connected in series.
  • the at least partial compensation of the inductance of the resonant inductance through which the lamp current flows reduces the reactive power in the series circuit of the resonant inductance and the capacitive component during lamp operation and increases the efficiency in accordance with the degree of compensation.
  • the series resonant circuit for igniting the gas discharge in the high-pressure discharge lamp is subjected to an alternating current whose frequency is in a first, close to the resonance frequency of the After the ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp, the resonance inductance of the series resonant circuit and the high-pressure discharge lamp are subjected to an alternating current whose frequency is in a second, below the resonance frequency the previously considered, approximately undamped series resonant circuit lying frequency range is arranged.
  • the second frequency range is preferably above 300 kHz, in particular above 600 kHz, in order to avoid the excitation of acoustic resonances in the discharge medium of the high-pressure discharge lamp during lamp operation.
  • the first frequency range preferably extends to frequencies that are above the resonant frequency of the series resonant circuit, and preferably also includes the resonant frequency of the series resonant circuit. This ensures that when reducing the frequency of the alternating current or the alternating voltage during the ignition phase and the subsequent lamp operation, the resonant frequency of the series resonant circuit is taken with sufficient accuracy to ensure sufficient resonant increase of the voltage at the resonance inductance and the resonance capacity of the series resonant circuit. After the ignition of the lamp, the series resonant circuit is heavily attenuated, so that it is ensured that a coupling of further ignition voltage pulses on the auxiliary ignition electrode during lamp operation after completion of the ignition phase is omitted.
  • the device according to the invention is preferably an electronic ballast for a high-pressure discharge lamp, in particular for a metal halide high-pressure discharge lamp, which is used as a light source in a vehicle headlight.
  • a high-pressure discharge lamp in particular for a metal halide high-pressure discharge lamp, which is used as a light source in a vehicle headlight.
  • At least some components of this device, in particular the high-voltage components of the ignition device are preferably accommodated in the lamp base of the high-pressure discharge lamp.
  • the led out of the lamp base electrical connections of the high pressure discharge lamp must not be designed high voltage resistant.
  • a single-stage voltage converter is used to generate the AC voltage required for the operation of the series resonant circuit and the high-pressure discharge lamp, which generates this AC voltage directly from the vehicle electrical system voltage of the vehicle.
  • the single-stage voltage converter consists of only a few components that can be accommodated in the lamp base.
  • high-pressure discharge lamp Lp which is operated by means of the device according to the preferred embodiments, is a metal halide high-pressure discharge lamp for a motor vehicle headlight.
  • This high-pressure discharge lamp Lp has a discharge vessel 1 made of quartz glass, in which an ionizable filling is enclosed in a gastight manner.
  • the ionizable filling contains xenon and metal halide compounds, preferably iodides of the metals sodium, scandium, zinc and indium and ionizable filling preferably contains no mercury.
  • the xenon cold filling pressure is approx. 10 bar.
  • the two Ends 1a, 1b of the discharge vessel 1 are each sealed by means of a molybdenum foil sealing 2a, 2b.
  • In the interior of the discharge vessel 1 there are two electrodes E1, E2, between which forms during the lamp operation responsible for the light emission discharge arc.
  • main electrodes E1, E2 are in each case electrically conductively connected via one of the molybdenum foil melts 2a, 2b to a current lead-out 3a, 3b led out of the discharge vessel 1.
  • the discharge vessel 1 is enveloped by a glass outer bulb 5.
  • the auxiliary starting electrode ZE is formed by a thin metallic coating on the inner surface of the outer bulb 5. Alternatively, however, this coating can also be mounted on the outside of the discharge vessel 1 or on the outside of the outer bulb 5.
  • the thin metallic coating ZE has the shape of an elongate strip which extends from the socket-near end of the outer bulb 5 approximately to the level of the discharge vessel center point.
  • the lamp vessels 1, 5 are fixed in the plastic upper part 411 of a lamp cap 4.
  • the cuboid part of the lamp base 4 is surrounded by a two-part metallic housing 41, 42, which serves for the electromagnetic shielding of the accommodated in the interior of the lamp cap 4 pulse ignition device.
  • the electrical connection 40 of the high-pressure discharge lamp La serves to supply power to the high-pressure discharge lamp and the pulse ignition device arranged in the lamp base 4.
  • the electrical connection 40 is connected via a shielded connection cable (not shown) to the control gear ECG (not shown) for the high-pressure discharge lamp.
  • the shielding braid of the connection cable is connected to the internal circuit ground potential of the operating device and via a contact of the electrical connection 40 with the metal housing 41, 42, so that the metal housing 41, 42 is also at ground potential.
  • the voltage converter including the inventive device for operating the high-pressure discharge lamp in the metal housing 41, 42 housed and over the electrical connection 40, the vehicle electrical system voltage of the motor vehicle is supplied.
  • This embodiment is particularly advantageous in the case of a single-stage voltage converter because of its small number of components.
  • FIG. 1 schematically illustrated first embodiment of the device according to the invention consists of an autotransformer L11, L12 and a capacitor C1.
  • the autotransformer has a winding having a first winding portion L11 formed as a primary winding and a second winding portion L12 formed as a secondary winding of the transformer.
  • the capacitor C1 and the primary winding section L11 are connected as a series resonant circuit connected to the AC power source Q.
  • the resonant frequency of the series resonant circuit is preferably chosen above 800 kHz, in particular above 1 MHz, which results in a small size and a particularly low required voltage at the auxiliary ignition electrode.
  • the frequency of the supply voltage or the supply current is selected during the ignition phase near the resonance frequency of the series resonant circuit or selected such that a harmonic of the supply signal leads to an excitation of the series resonant circuit during the ignition phase.
  • the center tap between the two winding sections L11, L12, which is formed as a common first terminal of the winding sections L11, L12, is connected both to the first terminal of the capacitor C2 and to the first terminal of the capacitor C1.
  • the second terminal of the primary winding section L11 is connected to the AC voltage source Q, while the second terminal of the secondary winding section L12 is connected to the auxiliary starting electrode ZE of the high-pressure discharge lamp Lp.
  • the second terminal of the capacitor C1 is connected to the AC voltage source Q and the second electrode E2 of the high-pressure discharge lamp Lp.
  • the second terminal of the capacitor C2 is connected to the first electrode E1 of the Hochdruckentlaplantgslampe Lp.
  • the capacitor C1 is connected in parallel to the series circuit of capacitor C2 and discharge path of the lamp Lp.
  • the lamp Lp is for example, a mercury-free metal halide high-pressure discharge lamp, with a rated power of 35 W and a rated voltage of 42 V which is provided as a light source in a vehicle headlight.
  • the discharge vessel of this high-pressure discharge lamp Lp consists either of a translucent ceramic, for example of alumina ceramic, or of quartz glass.
  • the resonant capacitor C1 has a capacitance of 94 pF (measured at a frequency of 1 kHz and low amplitude).
  • the primary winding section L11 has 70 turns and an inductance of 100 ⁇ H (measured at a frequency of 1 kHz and low amplitude).
  • the secondary winding section L 12 has 95 turns.
  • the capacitor C2 has a capacitance of 270 pF (measured at a frequency of 1 kHz and low amplitude).
  • an AC power source Q having a nearly sinusoidal AC voltage having an RMS value of 195 V and a frequency of 1.234 MHz is used.
  • the frequency of the AC voltage provided by the AC voltage source Q is tuned to the resonant frequency of the series resonant circuit C1, L11, so that builds up on the components C1 and L11 a resonance-elevated AC voltage with a peak value of 1500 volts.
  • This voltage is also applied to the discharge path between the two electrodes of the high-pressure gas discharge lamp Lp, since the resonance capacitor C1 is connected in parallel to the discharge path of the lamp Lp.
  • the auxiliary starting electrode ZE is supplied with an alternating voltage having a peak value of 4000 volts. There is therefore a voltage difference of 4000 volts between the auxiliary starting electrode Z and the electrode of the high-pressure discharge lamp Lp connected to the AC voltage source Q and one terminal of the resonance capacitor C1, which is sufficient together with the voltage difference between the electrodes for igniting the gas discharge in the lamp Lp.
  • the ignition device After ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp Lp, the ignition device is automatically deactivated, since the high-pressure discharge lamp then the resonant circuit heavily damped.
  • the frequency of the AC voltage generated by the AC voltage source Q is adjusted after the ignition so that the desired lamp power and the desired lamp current is adjusted.
  • the primary winding section L 11 is used to stabilize the discharge, that is, to limit the lamp current.
  • the capacitor C2 effects a partial compensation of the inductance of the primary winding section L11 through which the lamp current flows after the ignition phase has ended.
  • the frequency of the AC voltage source Q is set to about 710 kHz when it provides a nearly sinusoidal AC voltage with an effective value of 128 V to ensure the operation of the high-pressure gas discharge lamp with rated power after evaporation of the metal halides.
  • a frequency modulation of the alternating voltage can be carried out during the ignition phase.
  • a frequency sweep of 50 kHz and a sinusoidal modulation signal of 500 Hz are suitable for this purpose.
  • the second embodiment also has the in FIG. 1 shown construction and uses the high-pressure discharge lamp already described, but ignited at a frequency of about 21.6 MHz and then operated at a frequency of about 13.6 MHz.
  • the elements L11, C1 and C2 have values of 7.8 ⁇ H, 7 pF and 12 pF.
  • the third embodiment also has the in FIG. 1 shown construction.
  • the high-pressure discharge lamp used is a mercury-containing lamp with a rated power of 70 W and a nominal voltage of 85 V.
  • the frequency of the AC voltage source Q is about 308 kHz both during ignition, as well as in the subsequent operation of the lamp.
  • the voltage is not sinusoidal and so the ignition of the lamp takes place by means of the voltage signal in the AC source Q contained third harmonics whereas in the subsequent operation, the lamp current is approximately sinusoidal and has a frequency of 308 kHz.
  • the AC voltage source Q is formed by a half-bridge circuit, so that the capacitor C2, in addition to a partial compensation of the inductance of the end of the ignition phase through which the lamp current flows through primary winding section L11 also causes a suppression of a direct current flow through the lamp.
  • the elements L11, C1 and C2 have values of 670 ⁇ H, 45 pF and 470 pF.
  • FIG. 2 the fourth embodiment of the device according to the invention for operating the high-pressure discharge lamp Lp including the accommodated in the lamp base 4 components D, R, FS, C4, T of the pulse ignition device and a series resonant circuit L, C3 is shown schematically.
  • the components L, C3 of the series resonant circuit are also accommodated in the lamp base 4.
  • the resonance capacitance C3 is connected in parallel to the series connection of capacitor C5 and discharge path of the high-pressure discharge lamp Lp.
  • a first terminal of the secondary winding n2 of the ignition transformer T is connected to the circuit-internal ground reference potential.
  • the second terminal of the secondary winding n2 of the ignition transformer T is connected to the auxiliary ignition electrode ZE.
  • the series resonant circuit L, C3 is operated in resonance, so that at the resonant capacitance C3 and thus over the discharge path of the high-pressure discharge lamp Lp and at the voltage input of the pulse ignition a resonant high AC voltage is provided, a by a factor of 2 to 10 higher amplitude than the AC voltage generated by the AC source Q has.
  • T of the pulse ignition device high-voltage pulses for the auxiliary starting electrode ZE are generated with voltages in the range of about 5 kV to 30 kV.
  • a suitable dimensioning of the electrical components of the pulse ignition device and of the series resonant circuit for generating an ignition voltage of approximately 30 kV or an ignition voltage of approximately 7 kV is disclosed in Tables I and 2, respectively.
  • the control gear ECG is a voltage converter Q, which from the vehicle electrical system voltage of the motor vehicle, a nearly sinusoidal AC voltage with an amplitude of about 100 V to 500 V and a frequency of about 2.7 MHz during the ignition phase of the high pressure discharge lamp and a Frequency of about 1.8 MHz after completion of the ignition phase generated.
  • the capacitor C5 brings about a partial compensation of the inductance of the resonant inductance L flowing through the lamp current after termination of the ignition phase of the high-pressure discharge lamp Lp.
  • the high-pressure discharge lamp Lp corresponds in its electrical data to the high-pressure discharge lamp already described in Example 1.
  • FIG. 3 schematically illustrated fifth embodiment of the invention differs from that in FIG. 2 illustrated fourth embodiment only in that the first terminal of the secondary winding n2 of the ignition transformer T is connected to the electrode located at high electrical potential E1 and not with the internal circuit ground reference potential. In all other details they vote in the FIGS. 2 and 3 illustrated embodiments match. Therefore, identical components have been given the same reference numerals in these figures.
  • the now conductive discharge path between the two electrodes E1, E2 forms a shunt to the resonance capacitance C3 and the voltage input of the pulse ignition, so that the voltage across the discharge path and thus also at the voltage input of the pulse ignition significantly lower values.
  • the breakdown voltage of the spark gap FS at the ignition capacitor C4 is no longer reached and the pulse ignition device generates no further ignition pulses for the high-pressure discharge lamp Lp. The shutdown of the pulse igniter thus takes place without further expenditure on components.
  • the capacitor C5 causes a partial compensation of the inductance after completion of the ignition phase of the high pressure discharge lamp Lp To supply power to the high pressure discharge lamp Lp and accommodated in the lamp base 4
  • Impulszündvoriques satisfies a two-wire connection between the control gear and the terminal 40 of the high pressure discharge lamp Lp, since the pulse ignition is supplied directly from the voltage applied to the high pressure discharge lamp Lp AC voltage.
  • the fifth embodiment has the in FIG. 2 shown construction.
  • As Hochlichentlaidungslampe a mercury-containing lamp with a nominal power of 35 W and a nominal voltage of 85 V, as used in motor vehicles, is used.
  • the frequency of the AC source Q is about 6.38 MHz when ignited and about 3.1 MHz in the subsequent operation of the lamp.
  • the elements L, C3 and C5 have values of 30 ⁇ H, 21 pF and 105 pF.
  • the AC power source Q provides a nearly sinusoidal AC voltage with an RMS value of 117 V, thereby enabling operation of the high pressure gas discharge lamp at rated power.
  • FIG. 3 schematically illustrated seventh embodiment of the invention differs from the sixth embodiment only in that the first terminal of the secondary winding n2 of the ignition transformer T is connected to the electrode located at high electrical potential E1 and not in-circuit ground reference potential.
  • embodiments six and seven are the same
  • the embodiment according to the FIG. 1 can be added to a direct current isolation capacitor in series with the ignition electrode, as in the still unpublished German patent application with the official file number 10 2004 052299.5 in the embodiment corresponding to FIG. 4 , here designated C42, has been described.
  • the embodiments according to the FIGS. 2 and 3 can be connected to a direct current isolation capacitor in series with the ignition electrode be supplemented, as in the still unpublished German patent application with the official file number 10 2004 05600.2 in the embodiment corresponding to Figure 6, here denoted by C0, has been described.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer mit einer Zündhilfselektrode versehenen Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Hochdruckentladungslampe.
    • I. Stand der Technik
  • Die noch unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2004 052299.5 beschreibt eine Vorrichtung zum Betreiben einer mit einer Zündhilfselektrode versehenen Hochdruckentladungslampe mit einem Strom wechselnder Polarität, wobei die zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe erforderliche Zündspannung mittels eines Serienresonanzkreises erzeugt wird. Der Serienresonanzkreis umfasst einen Spartransformator, dessen erster, als Primärwicklung dienender Wicklungsabschnitt die Resonanzinduktivität bildet, die nach Beendigung der Zündphase der Hochdruckentladungslampe vom Lampenstrom durchflossen wird, und dessen zweiter, als Sekundärwicklung dienender Wicklungsabschnitt die Zündhilfselektrode der Hochdruckentladungslampe während der Zündphase mit der zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe erforderlichen Zündspannung versorgt. Während der vorgenannten Zündphase wird der Serienresonanzkreis mit einer Wechselspannung bzw. einem Wechselstrom beaufschlagt, dessen Frequenz nahe der Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises liegt, so dass an dem ersten Wicklungsabschnitt des Spartransformators und an der Resonanzkapazität des Serienresonanzkreises während der Zündphase eine resonanzüberhöhte Wechselspannung zur Verfügung steht, die mittels des zweiten Wicklungsabschnitts des Spartransformators entsprechend dem Verhältnis der Windungsmahlen von zweitem und erstem Wicklungsabschnitt verstärkt wird, so dass an der Zündhilfselektrode der Hochdruckentladungslampe die zum Zünden der Gasentladung erforderliche Zündspannung anliegt. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe ist die Entladungsstrecke zwischen den Hauptelektroden der Hochdruckentladungslampe leitfähig, so dass die Resonanzkapazität des Serienresonanzkre,ises durch das leitfähige Entladungsplasma zwischen den Hauptelektroden der Hochdruckentladungslampe nahezu kurzgeschlossen wird und der Lampenstrom durch den ersten Wicklungsabschnitt des Spartranstömiaiors fließt. Im Fall eines Hochfrequenzbetriebs der Hochdruckentladungslampe, der insbesondere bei Hochdruckentladungslampen für Fahrzeugschcinwerfer zur Vermeidung von akustischen Resonanzen im Entladungsmedium erforderlich ist, verursacht der hochfrequente Lampenstrom in dem ersten Wicklungsabschnitt des Spartransformators, der als Resonanzinduktivität dient, einen erheblichen Spannungsabfall und damit eine große Blindleistung, die einen schlechten Wirkungsgrad der Vorrichtung zur Folge hat.
  • Den selben Nachteil besitzt die in der noch unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2004 05600.2 beschriebene Vorrichtung in den Ausführungsformen gemäß der Figuren 3 und 4. Die in der letztgenannten Patentanmeldung beschriebene Vorrichtung dient ebenfalls zum Betreiben einer mit einer Zündhilfselektrode versehenen Hochdruckentladungslampe mit einem Strom wechselnder Polarität, die zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe erforderliche Zündspannung wird jedoch im Unterschied zur erstgenannten Patentanmeldung mittels einer Impulszündvomchtung erzeugt. Die Versorgung der Impulszündeinheit sowie eine ausreichend hohe Spannung zwischen den beiden Hauptelektroden der Hochdruckentladungslampe für die Zündung der Hochdruckentladungslampe wird mittels eines Scrienresonanzkreises gemäß der in den Figuren 3 und 4 beschriebenen Ausführungsformen ermöglicht. Die Resonanzinduktivität dieses Serienresonanzkreises hat bei einem Betrieb der Lampe mit einem hochfrequente Lampenstrom den selben Nachteil zur Folge wie sie für die erstgenante Patentanmeldung bereits oben erläutert worden ist.
  • Die EP 0 477 621 A1 offenbart eine Betriebsvorrichtung für eine Entladungslampe, die zum Zünden der Gasentladung in der Entladungslampe Hochspannungsimpulse generiert und der resonanzüberhöhten Spannung eines Resonanzkreises überlagert.
    • 1. Darstellung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und ein entsprechendes Betriebsverfahren für eine Hochdruckentladungslampe anzugeben, bei dem diese Nachteile vermieden werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 7 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer mit einer Zündhilfselektrode versehenen Hochdruckentladungslampe mit einem Strom wechselnder Polarität umfasst einen Serienresonanzkreis mit einer während des Lampenbetriebs vom Lampenstrom durchflossenen Resonanzinduktivität und eine Zündvorrichtung zum Beaufschlagen der Zündhilfselektrode mit der zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe erforderlichen Zündspannung, wobei ein kapazitives Bauteil vorgesehen ist, das in Serie zur Resonanzinduktivität geschaltet ist und derart dimensioniert ist, dass das kapazitive Bauteil nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe zumindest eine partielle Kompensation der Induktivität der vom Lampenstrom durchflossenen Resonanzinduktivität bewirkt. Das heißt, dass die Kapazität des vorgenannten kapazitiven Bauteils derart auf den Induktivitätswert der Resonanzinduktivität und auf die Frequenz des Lampenstroms abgestimmt ist, dass die Induktivität der vom Lampenstrom durchflossenen Resonanzinduktivität durch das kapazitive Bauteil zumindest partiell kompensiert wird. Entsprechend dem Grad der Kompensation wird die vom Lampenstrom verursachte Blindleistung in der Resonanzinduktivität und in dem dazu in Serie geschalteten kapazitiven Bauteil reduziert und der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht.
  • Vorteilhafterweise ist die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises größer 300 kHz, insbesondere größer als 600 kHz, um eine Anregung akustischer Resonanzen im Entladungsmedium der Hochdruckentladungslampe während des Lampenbetriebs zu vermeiden. Für Lampen wie sie in der Allgemeinbeleuchtung eingesetzt werden, sind für Frequenzen größer 220 kHz bei einer Nennleistung von 70 W bzw. für Frequenzen und größer 340 kHz bei einer Nennleistung von 35 W keine negativen Auswirkungen durch akustische Resonanzen mehr zu erwarten, wie dies E. Statnic im Artikel "Zum Hochfrequenzbetrieb von Halogen-Metalldampflampen kleiner Leistung" in den "Technisch wissenschaftliche Abhandlungen der OSRAM-Gesellschaft", 12. Band, Springer-Verlag, Berlin, 1986 auf den Seiten 394 bis 407 beschreibt. Für sehr viele Lampen kann daher 300 kHz als Grenze angesehen werden. Für Hochdruckentladungslampe wie sie im Kraftfahrzeug eingesetzt werden, so genannte D-Lampen, ergibt sich diese Grenze zu 600 bis 800 kHz, wie anhand eigener Messungen ermittelt wurde.
  • Die Kapazität des kapazitiven Bauteils liegt vorteilhafterweise im Bereich von -12 pF bis 470pF, um zum Einen eine ausreichende Kompensation der Induktivität der Resonanzinduktivität bei einem Lampenstrom zu gewährleisten, dessen Frequenz im Bereich einiger hundert Kiloherz bis einiger Megahertz liegt, und zum Anderen eine starke Überkompensation und damit eine Belastung der speisenden Wechselspannungsquelle mit induktiver Blindleistung zu vermeiden.
  • Die betrachteten Hochdruckentladungslampen sind Wechselstromlampen. Ein Gleichstromfluss durch solche Lampen führt zu einer starken Beanspruchung der Elektroden und damit einhergehend zu einer stark verkürzten Lebensdauer. Darüber hinaus kann ein Gleichstrom zu einer Entmischung der verschiedenen Füllungsbestandteile während des Betriebes der Hochdruckgasentladungslampe längs des Entladungsgefäßes führen, was zu schlechten optischen Eigenschaften führt. Durch das erfindungsgemäß in Reihe zur Lampe geschaltete kapazitiven Bauteils, welches primär eine Kompensation der Induktivität der Resonanzinduktivität zur Aufgabe hat, wird ein Gleichstromfluss durch die Lampe sicher verhindert.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst vorteilhafterweise mindestens einen Spannungswandler, um eine Regelung des Lampenstroms oder der Lampenleistung zu ermöglichen.
  • Gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die Zündvorrichtung entweder als Impulszündvorrichtung ausgebildet oder umfasst ein induktives Bauelement, das an die Resonanzinduktivität des Serienresonanzkreises gekoppelt ist, um im ersten Fall durch die resonanzüberhöhte Spannung der Resonanzinduktivität eine ausreichend hohe Spannung zwischen den beiden Hauptelektroden der Hochdruckentladungslampe für die Zündung der Gasentladung über die Zündhilfselektrode bereitzustellen oder im zweiten Fall die resonanzüberhöhte Spannung der Resonanzinduktivität, verstärkt um das Windungszahlenverhältnis von induktivem Bauelement und Resonanzinduktivität, unmittelbar an die Zündhilfselektrode weiter zu geben. Im ersten Fall kann die resonanzüberhöhte Spannung der Resonanzinduktivität zudem als Versorgungsspannung an die Impulszündvorrichtung weiter gegeben werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer mit einer Zündhilfselektrode versehenen Hochdruckentladungslampe mit einem Strom wechselnder Polarität beinhaltet den Betrieb der Hochdruckentladungslampe mittels eines Serienresonanzkreises, dessen Resonanzinduktivität nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe vom Lampenstrom durchflossen wird, und der zumindest während der Zündphase der Hochdruckentladungslampe eine resonanzüberhöhte Spannung an den Hauptelektroden der Hochdruckentladungslampe bereitstellt, wobei nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe die Induktivität der vom Lampenstrom durchflossenen Resonanzinduktivität des Serienresonanzkreise mittels eines in Serie dazu geschalteten kapazitiven Bauteils zumindest partiell kompensiert wird. Durch die zumindest partielle Kompensation der Induktivität der vom Lampenstrom durchflossenen Resonanzinduktivität wird die Blindleistung in der Serienschaltung von Resonanzinduktivität und kapazitivem Bauteil während des Lampenbetriebs reduziert und der Wirkungsgrad entsprechend dem Grad der Kompensation erhöht.
  • Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen und den Aufwand für eine elektromagnetische Abschirmung der Vorrichtung und der Hochdruckentladungslampe möglichst gering zu halten, wird der Serienresonanzkreis zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe mit einem Wechselstrom beaufschlagt, dessen Frequenz in einem ersten, nahe bei der Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises liegenden Frequenzbereich liegt, und nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe werden die Resonanzinduktivität des Serienresonanzkreises und die Hochdruckentladungslampe mit einem Wechselstrom beaufschlagt, dessen Frequenz in einem zweiten, unterhalb der Resonanzfrequenz des bisher betrachteten, näherungsweise ungedämpften Serienresonanzkreises liegenden Frequenzbereich angeordnet ist.
  • Der zweite Frequenzbereich liegt vorzugsweise oberhalb von 300 kHz, insbesondere oberhalb von 600 kHz, um während des Lampenbetriebs die Anregung von akustischen Resonanzen in dem Entladungsmedium der Hochdruckentladungslampe zu vermeiden.
  • Der erste Frequenzbereich erstreckt sich vorzugsweise auf Frequenzen, die oberhalb der Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises liegen, und umfasst vorzugsweise auch die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises. Dadurch ist gewährleistet, dass bei der Verringerung der Frequenz des Wechselstroms bzw. der Wechselspannung während der Zündphase und des nachfolgenden Lampenbetriebs die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises mit hinreichender Genauigkeit getroffen wird, um eine ausreichende Resonanzüberhöhung der Spannung an der Resonanzinduktivität und der Resonanzkapazität des Serienresonanzkreises zu gewährleisten. Nach der Zündung der Lampe wird der Serienresonanzkreis stark bedämpft, so dass sicher gestellt wird, dass eine Einkopplung von weiteren Zündspannungsimpulsen über die Zündhilfselektrode während, des Lampenbetriebs nach Beendigung der Zündphase unterbleibt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich vorzugsweise um ein Elektronisches Vorschaltgerät für eine Hochdruckentladungslampe, insbesondere für eine Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe, die als Lichtquelle in einem Fahrzeugscheinwerfer verwendet wird. Zumindest einige Komponenten dieser Vorrichtung, insbesondere die Hochspannung führenden Komponenten der Zündvorrichtung, sind vorzugsweise im Lampensockel der Hochdruckentladungslampe untergebracht. Dadurch müssen die aus dem Lampensockel herausgeführten elektrischen Anschlüsse der Hochdruckentladungslampe nicht hochspannungsfest ausgebildet werden.
  • Vorteilhafterweise wird zum Erzeugen der für den Betrieb des Serienresonanzkreises und der Hochdruckentladungslampe erforderlichen Wechselspannung ein einstufiger Spannungswandler verwendet, der diese Wechselspannung unmittelbar aus der Bordnetzspannung des Fahrzeugs generiert. Der einstufige Spannungswandler besteht aus nur wenigen Komponenten, die im Lampensockel untergebracht werden können.
    • III. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    Die Schaltungsanordnung gemäß dem ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
    Figur 2
    Die Schaltungsanordnung gemäß dem vierten und sechsten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
    Figur 3
    Die Schaltungsanordnung gemäß dem fünften und siebten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
    Figur 4
    Eine schematische Darstellung einer Hochdruckentladungslampe für einen Fahrzeugscheinwerfer
  • Bei der in Figur 4 schematisch dargestellten Hochdruckentladungslampe Lp, die mit Hilfe der Vorrichtung gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen betrieben wird, handelt es sich um eine Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer.
  • Diese Hochdruckentladungslampe Lp besitzt ein Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas, in dem eine ionisierbare Füllung gasdicht eingeschlossen ist. Die ionisierbare Füllung enthält Xenon und Metallhalogenidverbindungen, vorzugsweise Jodide der Metalle Natrium, Scandium, Zink und Indium und ionisierbare Füllung enthält vorzugsweise kein Quecksilber. Der Xenon-Kaltfülldruck beträgt ca. 10 bar. Die beiden Enden 1a, 1b des Entladungsgefäßes 1 sind jeweils mittels einer Molybdänfolien-Einschmelzung 2a, 2b abgedichtet. Im Innenraum des Entladungsgefäßes 1 befinden sich zwei Elektroden E1, E2, zwischen denen sich während des Lampenbetriebes der für die Lichtemission verantwortliche Entladungsbogen ausbildet. Diese Hauptelektroden E1, E2 sind jeweils über eine der Molybdänfolien-Einschmelzungen 2a, 2b elektrisch leitend mit einer aus dem Entladungsgefäß 1 herausgeführten Stromzuführung 3a, 3b verbunden. Das Entladungsgefäß 1 wird von einem gläsernen Außenkolben 5 umhüllt. Die Zündhilfselektrode ZE wird hier bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung von einer dünnen metallischen Beschichtung auf der inneren Oberfläche des Außenkolbens 5 gebildet. Alternativ kann diese Beschichtung aber auch auf der Außenseite des Entladungsgefäßes 1 oder auf der Außenseite des Außenkolbens 5 angebracht sein. Die dünne metallische Beschichtung ZE besitzt die Form eines lang gestreckten Streifens, der sich vom sockelnahen Ende des Außenkolbens 5 ungefähr bis auf die Höhe des Entladungsgefäßmittelpunktes erstreckt. Die Lampengefäße 1, 5 sind im aus Kunststoff bestehenden Oberteil 411 eines Lampensockels 4 fixiert. Der quaderförmige Teil des Lampensockels 4 ist von einem zweiteiligen metallischen Gehäuse 41, 42 umgeben, das zur elektromagnetischen Abschirmung der im Innenraum des Lampensockels 4 untergebrachten Impulszündvorrichtung dient. Der elektrische Anschluss 40 der Hochdruckentladungslampe La dient zur Spannungsversorgung der Hochdruckentladungslampe und der im Lampensockel 4 angeordneten Impulszündvorrichtung. Der elektrische Anschluss 40 ist über ein abgeschirmtes Verbindungskabel (nicht abgebildet) mit dem Betriebsgerät EVG (nicht abgebildet) für die Hochdruckentladungslampe verbunden. Das Abschirmgeflecht des Verbindungskabels ist mit dem schaltungsinternen Massepotential des Betriebsgerätes und über einen Kontakt des elektrischen Anschlusses 40 mit dem Metallgehäuse 41, 42 verbunden, so dass das Metallgehäuse 41, 42 ebenfalls auf Massepotential liegt.
  • In einer weiteren Ausführung der Hochdruckentladungslampe Lp gemäß Figur 4, ist der Spannungswandler samt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betrieben der Hochdruckentladungslampe im dem Metallgehäuse 41, 42 untergebracht und über den elektrischen Anschluss 40 wird die Bordnetzspannung des Kraftfahrzeuges zugeführt. Diese Ausführung ist insbesondere im Fall eines einstufigen Spannungswandlers wegen seiner geringen Anzahl an Komponenten besonders vorteilhaft.
  • Das in Figur 1 schematisch dargestellte erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht aus einem Spartransformator L11, L12 und einem Kondensator C1. Der Spartransformator besitzt eine Wicklung mit einem ersten Wicklungsabschnitt L11, der als Primärwicklung ausgebildet ist, und mit einem zweiten Wicklungsabschnitt L12, der als Sekundärwicklung des Transformators ausgebildet ist. Der Kondensator C1 und der Primärwicklungsabschnitt L11 sind als Serienresonanzkreis geschaltet, der an die Wechselspannungsquelle Q angeschlossen ist. Die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises wird vorzugsweise oberhalb 800 kHz, insbesondere oberhalb von 1 MHz gewählt, was in einer kleinen Baugröße und einer besonders geringen erforderlichen Spannung an der Zündhilfselektrode resultiert. Die Frequenz der Versorgungsspannung bzw. des Versorgungsstroms wird während der Zündphase nahe der Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises gewählt bzw. derart gewählt, dass eine Oberschwingung des Versorgungssignals zu einer Anregung des Serienresonanzkreises während der Zündphase führt.
  • Der Mittenabgriff zwischen den beiden Wicklungsabschnitten L11, L12, der als gemeinsamer erster Anschluss der Wicklungsabschnitte L11, L12 ausgebildet ist, ist sowohl mit dem ersten Anschluss des Kondensators C2 als auch mit dem ersten Anschluss des Kondensators C1 verbunden. Der zweite Anschluss des Primärwicklungsabschnitts L11 ist mit der Wechselspannungsquelle Q verbunden, während der zweite Anschluss des Sekundärwicklungsabschnitts L12 mit der Zündhilfselektrode ZE der Hochdruckentladungslampe Lp verbunden ist. Der zweite Anschluss des Kondensators C1 ist mit der Wechselspannungsquelle Q und der zweite Elektrode E2 der Hochdruckentladungslampe Lp verbunden. Der zweite Anschluss des Kondensators C2 ist mit der ersten Elektrode E1 der Hochdruckentladüngslampe Lp verbunden. Der Kondensator C1 ist parallel zu der Serienschaltung von Kondensator C2 und Entladungsstrecke der Lampe Lp geschaltet. Bei der Lampe Lp handelt es sich beispielsweise um eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe, mit einer Nennleistung von 35 W und einer Nennspannung von 42 V die als Lichtquelle in einem Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen ist. Das Entladungsgefäß dieser Hochdruckentladungslampe Lp besteht entweder aus einer lichtdurchlässigen Keramik, beispielsweise aus Aluminiumoxidkeramik, oder aus Quarzglas. Der Resonanzkondensator C1 besitzt eine Kapazität von 94 pF (bei einer Frequenz von 1 kHz und geringer Amplitude gemessen). Der Primärwicklungsabschnitt L11 besitzt 70 Windungen und eine Induktivität von 100 µH (bei einer Frequenz von 1 kHz und geringer Amplitude gemessen). Der Sekundärwicklungsabschnitt L 12 besitzt 95 Windungen. Der Kondensator C2 besitzt eine Kapazität von 270 pF (bei einer Frequenz von 1 kHz und geringer Amplitude gemessen).
  • Zum Betreiben der oben genannten Hochdruckentladungslampe Lp mit einem Entladungsgefäß aus Quarzglas wird eine Wechselspannungsquelle Q verwendet, die eine nahezu sinusförmige Wechselspannung mit einem Effektivwert von 195 V und einer Frequenz von 1,234 MHz besitzt. Zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe Lp wird die Frequenz der von der Wechselspannungsquelle Q bereitgestellten Wechselspannung auf die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises C1, L11 abgestimmt, so dass sich an den Bauteilen C1 und L11 eine resonanzüberhöhte Wechselspannung mit einem Spitzenwert von 1500 Volt aufbaut. Diese Spannung liegt auch an der Entladungsstrecke zwischen den beiden Elektroden der Hochdruckgasentladungslampe Lp an, da der Resonanzkondensator C1 parallel zur Entladungsstrecke der Lampe Lp geschaltet ist. Mittels des Sekundärwicklungsabschnitts L12 wird der Zündhilfselektrode ZE eine Wechselspannung mit einem Spitzenwert von 4000 Volt zugeführt. Zwischen der Zündhilfselektrode Z und der mit der Wechselspannungsquelle Q und einem Anschluss des Resonanzkondensators C1 verbundenen Elektrode der Hochdruckentladungslampe Lp besteht daher eine Spannungsdifferenz von 4000 Volt, die zusammen mit der Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden zum Zünden der Gasentladung in der Lampe Lp ausreicht. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe Lp wird die Zündvorrichtung automatisch deaktiviert, da die Hochdruckentladungslampe dann den Resonanzkreis stark bedämpft. Die Frequenz der von der Wechselspannungsquelle Q generierten Wechselspannung wird nach der Zündung so eingestellt, dass sich die gewünschte Lampenleistung bzw. der gewünschte Lampenstrom einstellt. Während des Betriebs der Hochdruckentladungslampe Lp wird der Primärwicklungsabschnitt L 11 zur Stabilisierung der Entladung, das heißt, zur Begrenzung des Lampenstroms, benutzt. Der Kondensator C2 bewirkt eine partielle Kompensation der Induktivität des nach Beendigung der Zündphase vom Lampenstrom durchflossenen Primärwicklungsabschnitts L11. So ist die Frequenz der Wechselspannungsquelle Q auf ca. 710 kHz einzustellen, wenn diese eine nahezu sinusförmige Wechselspannung mit einem Effektivwert von 128 V bereitstellt, um nach dem Verdampfen der Metallhalogenide den Betrieb der Hochdruckgasentladungslampe mit Nennleistung zu gewährleisten.
  • Um zu gewährleisten, dass die Frequenz der von der Wechselspannungsquelle generierten Wechselspannung während der Zündphase ausreichend nahe bei der Resonanzfrequenz des wegen seiner hohen Güte sehr schmalbandigen Serienresonanzkreises liegt, kann während der Zündphase eine Frequenzmodulation der Wechselspannung durchgeführt werden. Hierfür eignen sich beispielsweise bei einer Mittenfrequenz von 1,230 MHz ein Frequenzhub von 50 kHz und ein sinusförmiges Modulationssignal mit 500 Hz.
  • Das zweite Ausführungsbeispiel besitzt ebenfalls den in Figur 1 dargestellten Aufbau und verwendet die bereits beschriebene Hochdruckentladungslampe, die allerdings bei einer Frequenz von ca. 21,6 MHz gezündet und anschließend bei einer Frequenz von ca. 13,6 MHz betrieben wird. Die Elemente L11, C1 und C2 besitzen dabei Werte von 7,8 µH, 7 pF und 12 pF.
  • Das dritte Ausführungsbeispiel besitzt ebenfalls den in Figur 1 dargestellten Aufbau. Als Hochdruckentladungslampe kommt eine quecksilberhaltige Lampe mit einer Nennleistung von 70 W und einer Nennspannung von 85 V zu Anwendung. Die Frequenz der Wechselspannungsquelle Q beträgt sowohl bei Zündung, wie auch im nachfolgenden Betrieb der Lampe etwa 308 kHz. Die Spannung ist jedoch nicht sinusförmig und so erfolgt die Zündung der Lampe mittels der im Spannungssignal der Wechselspannungsquelle Q enthaltenen 3. Harmonischen wohingegen im nachfolgenden Betrieb der Lampenstrom näherungsweise sinusförmig ist und eine Frequenz von 308 kHz besitzt. Die Wechselspannungsquelle Q wird durch eine Halbbrückenschaltung gebildet, so dass der Kondensator C2 neben einer partielle Kompensation der Induktivität des nach Beendigung der Zündphase vom Lampenstrom durchflossenen Primärwicklungsabschnitts L11 zudem eine Unterbindung eines Gleichstromflusses durch die Lampe bewirkt. Die Elemente L11, C1 und C2 besitzen dabei Werte von 670 µH, 45 pF und 470 pF.
  • In der Figur 2 ist die vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betreiben der Hochdruckentladungslampe Lp inklusive der im Lampensockel 4 untergebrachten Bauteile D, R, FS, C4, T der Impulszündvorrichtung und eines Serienresonanzkreises L, C3 schematisch dargestellt. Die Bauteile L, C3 des Serienresonanzkreises sind ebenfalls im Lampensockel 4 untergebracht. Die Resonanzkapazität C3 ist parallel zu der Serienschaltung von Kondensator C5 und Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe Lp geschaltet. Ein erster Anschluss der Sekundärwicklung n2 des Zündtransformators T ist mit dem schaltungsinternen Massebezugspotential verbunden. Der zweite Anschluss der Sekundärwicklung n2 des Zündtransformators T ist mit der Zündhilfselektrode ZE verbunden. Während der Zündphase der Hochdruckentladungslampe Lp wird der Serienresonanzkreis L, C3 in Resonanz betrieben, so dass an der Resonanzkapazität C3 und damit auch über der Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe Lp sowie an dem Spannungseingang der Impulszündvorrichtung eine resonanzüberhöhte Wechselspannung bereitgestellt wird, die eine um den Faktor 2 bis 10 höhere Amplitude als die von der Wechselspannungsquelle Q generierte Wechselspannung besitzt. Mit Hilfe der Bauteile D, R, FS, C4, T der Impulszündvorrichtung werden daraus Hochspannungsimpulse für die Zündhilfselektrode ZE mit Spannungen im Bereich von ca. 5 kV bis 30 kV erzeugt. Eine geeignete Dimensionierung der elektrischen Bauteile der Impulszündvorrichtung und des Serienresonanzkreises zum Erzeugen einer Zündspannung von ca. 30 kV bzw. einer Zündspannung von ca. 7 kV ist in der Tabelle I bzw. 2 offenbart.
  • Bei dem Betriebsgerät EVG handelt es sich um einen Spannungswandler Q, der aus der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs eine nahezu sinusförmige Wechselspannung mit einer Amplitude von ca. 100 V bis 500 V und einer Frequenz von ca. 2,7 MHz während der Zündphase der Hochdruckentladungslampe sowie einer Frequenz von ca. 1,8 MHz nach Beendigung der Zündphase generiert. Der Kondensator C5 bewirkt eine partielle Kompensation der Induktivität der nach Beendigung der Zündphase der Hochdruckentladungslampe Lp vom Lampenstrom durchflossenen Resonanzinduktivität L. Die Hochdruckentladungslampe Lp entspricht in ihren elektrischen Daten der bereits im Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Hochdruckentladungslampe.
  • Das in der Figur 3 schematisch dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem in Figur 2 abgebildeten vierten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass der erste Anschluss der Sekundärwicklung n2 des Zündtransformators T mit der auf hohem elektrischen Potential befindlichen Elektrode E1 und nicht mit dem schaltungsinternen Massebezugspotential verbunden ist. In allen anderen Details stimmen die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele überein. Daher wurden in diesen Figuren identische Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Nach erfolgter Zündung der Gasentladung in dem Entladungsgefäß 1 der Hochdruckentladungslampe Lp bildet die nun leitfähige Entladungsstrecke zwischen den beiden Elektroden E1, E2 einen Nebenschluss zu der Resonanzkapazität C3 und dem Spannungseingang der Impulszündvorrichtung, so dass die Spannung über der Entladungsstrecke und damit auch am Spannungseingang der Impulszündvorrichtung deutlich geringere Werte annimmt. Dadurch wird die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS an dem Zündkondensator C4 nicht mehr erreicht und die Impulszündvorrichtung generiert keine weitere Zündimpulse für die Hochdruckentladungslampe Lp. Die Abschaltung der Impulszündvorrichtung erfolgt somit ohne weiteren Bauelementeaufwand. Der Kondensator C5 bewirkt eine partielle Kompensation der Induktivität der nach Beendigung der Zündphase der Hochdruckentladungslampe Lp vom Lampenstrom durchflossenen Resonanzinduktivität L.Zur Spannungsversorgung der Hochdruckentladungslampe Lp und der im Lampensockel 4 untergebrachten Impulszündvorrichtung genügt eine Zwei-Leiterverbindung zwischen dem Betriebsgerät EVG und dem Anschluss 40 der Hochdruckentladungslampe Lp, da die Impulszündvorrichtung direkt aus der an der Hochdruckentladungslampe Lp anliegenden Wechselspannung versorgt wird.
  • Das fünfte Ausführungsbeispiel besitzt den in Figur 2 dargestellten Aufbau. Als Hochdruckentlaidungslampe kommt eine quecksilberhaltige Lampe mit einer Nennleistung von 35 W und einer Nennspannung von 85 V, wie sie in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, zu Anwendung. Die Frequenz der Wechselspannungsquelle Q beträgt bei Zündung etwa 6,38 MHz, und im nachfolgenden Betrieb der Lampe etwa 3,1 MHz. Die Elemente L, C3 und C5 besitzen dabei Werte von 30 µH, 21 pF und 105 pF. Während des nominalen Betriebs, das heißt nachdem das Verdampfen der Metallhalogenide während des Anlaufs beendet ist, liefert die Wechselspannungsquelle Q eine nahezu sinusförmige Wechselspannung mit einem Effektivwert von 117 V und ermöglicht damit den Betrieb der Hochdruckgasentladungslampe mit Nennleistung.
  • Das in der Figur 3 schematisch dargestellte siebte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem sechsten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass der erste Anschluss der Sekundärwicklung n2 des Zündtransformators T mit der auf hohem elektrischen Potential befindlichen Elektrode E1 und nicht mit dem schaltungsinternen Massebezugspotential verbunden ist. In allen anderen Details stimmen die Ausführungsbeispiele sechs und sieben überein
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 1 kann um einen Gleichspannungstrennkondensator in Reihe zur Zündelektrode ergänzt werden, wie er in der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2004 052299.5 in den Ausführungsbeispiel korrespondierend zur Figur 4, hier mit C42 bezeichnet, beschrieben wurde. Die Ausführungsbeispiele gemäß der Figuren 2 und 3 können um einen Gleichspannungstrennkondensator in Reihe zur Zündelektrode ergänzt werden, wie er in der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2004 05600.2 in dem Ausführungsbeispiel korrespondierend zur Figur 6, hier mit C0 bezeichnet, beschrieben wurde. Tabelle 1: Dimensionierung der in den Figuren 2 und 3 abgebildeten elektrischen Bauteile zum Erzeugen einer Zündspannung von ca. 30 kV
    C3 120 pF
    C4 10 nF
    C5 270 pF
    D Siliziumkarbid-Dioden in Reihe
    FS 2000 V
    L 30 µH
    R 33 kOhm
    T n1 = 2 Windungen, n2 = 40 Windungen
    Tabelle 2: Dimensionierung der in den Figuren 2 und 3 abgebildeten elektrischen Bauteile zum Erzeugen einer Zündspannung von ca. 7 kV
    C3 120 pF
    C4 33 nF
    C5 270 pF
    D Siliziumkarbid-Dioden in Reihe
    FS 800 V
    L 30 µH
    R 10 kOhm
    T n1 = 3 Windungen, n2 = 29 Windungen

Claims (11)

  1. Vorrichtung zum Betreiben einer mit einer Zündhilfselektrode (ZE) versehenen Hochdruckentladungslampe (Lp) mit einem Strom wechselnder Polarität und einer Frequenz größer als 300 kHz, wobei die Vorrichtung einen Serienresonanzkreis (L11, C1; L, C3) mit einer während des Lampenbetriebs vom Lampenstrom durchflossenen Resonanzinduktivität (L11; L) und einer Zündvorrichtung zum Beaufschlagen der Zündhilfselektrode (ZE) mit der zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe (Lp) erforderlichen Zündspannung umfasst, wobei die Vorrichtung ein kapazitives Bauteil (C2; C5) aufweist, das in Serie zur Resonanzinduktivität (L11; L) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises (L11, C1; L, C3) oberhalb von 300 kHz und die Kapazität des kapazitiven Bauteils (C2; C5) im Bereich von 12 pF bis 470 pF liegt, so dass das kapazitive Bauteil (C2; C5) nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe (Lp) zumindest eine partielle Kompensation der Induktivität der vom Lampenstrom durchflossenen Resonanzinduktivität (L11; L) bewirkt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises (L11, C1; L, C3) oberhalb von 600 kHz liegt..
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, die im Lampensockel der Hochdruckentladungslampe untergebracht ist.
  4. Vorrichtung noch Anspruch 1, wobei die Zündvorrichtung als lmpulszündvorrichtung ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ein induktives Bauelement (L12) aufweist, das an die Resonanzinduktivität (L11) des Serienresonanzkreises (L11, C1) gekoppelt ist und als Bestandteil der Zündvorrichtung ausgebildet ist,
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung mindestens einen Spannungswandler (Q) zum Erzeugen des Stroms wechselnder Polarität für die Hochdruckentladungslampe (Lp) umfasst.
  7. Verfahren zum Betreiben einer mit einer Zündhilfselektrode (ZE) versehenen Hochdruckentladungslampe (Lp) mit einem Strom wechselnder Polarität, wobei mittels eines Sericnresonanzkreises (L11, C1, L, C3), dessen Resonanzinduktivität (L11; L) nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe (Lp) vom Lampenstrom durchflossen wird, zumindest während der Zündphase der Hochdruckentladungslampe (Lp) eine resonanzüberhöhte Spannung an den Hauptelektroden (E1, E2) der Hochdruckentladungslampe (Lp) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Stroms wechselnder Polarität und die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises (L11, C1; L, C3) oberhalb von 300 kHz liegen und dass nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe (Lp) die Induktivität der vom Lampenstrom durchflossenen Resonanzinduktivität (L 11; L) des Serienresonanzkreise (L 11, C1; L, C3) mittels eines in Serie dazu geschalteten kapazitiven Bauteils (C2; C5), dessen Kapazität im Bereich von 12 pF bis 470 pF liegt, zumindest partielle kompensiert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises (L11, C1; L, C3) oberhalb von 600 kHz liegt.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Serienresonanzkreis (L11, C1; L, C3) zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe (Lp) mit einem Wechselstrom beaufschlagt wird, dessen Frequenz in einem ersten, nahe bei der Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises (L11, C1; L, C3) liegenden Frequenzbereich liegt, und nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruelcentsadungslampe (Lp) die Resonanzinduktivität (L11; L) des Serienresonanzkreise (L11, C1; L, C3) und die Hochdruckentladungslampe (Lp) mit einem Wechselstrom beaufschlagt werden, dessen Frequenz in einem zweiten, unterhalb der Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises (L11, C1; L, C3) und oberhalb von 300 kHz liegenden Frequenzbereich angeordnet ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Frequenzbereich sich auf Frequenzen oberhalb der Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises (L 11, C1; L, C3) erstreckt.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Frequenz des vom Spannungswandler (Q) während der Zündung der Hochdruckentladungslampe (Lp) bereitgestellten Stroms größer ist als die Frequenz des nach der Zündung der Hochdruckentladungslampe (Lp) bereitgestellten Stroms.
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